ÉCOLE SECONDAIRE DU SOMMET

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1 Nom : ÉCOLE SECONDAIRE DU SOMMET Cahier de l élève : Sciences de la nature 9e année par René-Christian Bouillon Ce document contient toutes les notes de cours, les exercices et autres activités pour l unité 3 du cours de sciences de la nature 9e année. Une copie de ce document est remise à chaque élève au début de l étude de l unité. C est la responsabilité de l élève d imprimer une nouvelle copie de ce document en cas de perte. Une copie électronique de ce document est disponible sur mon site web se trouvant sur la page web de l école.

2 Unité 3 : Plan général Description de l unité Liste des résultats d apprentissage spécifiques (RAS) de l unité Mur de mots (Unité 3)...3 Section 3.1 : Le tableau périodique des éléments...5 Notes de cours Exercices Section 3.2 : La théorie atomique...9 Notes de cours Exercices Activité de littératie Projet 3 : Ligne de temps : La théorie atomique (Affiche)...14 Section 3.3 : L atome (structure de l atome)...17 Notes de cours Exercices Section 3.4 : L atome (Numéro atomique et nombre de masse)...21 Notes de cours Exercices Section 3.5 : Les isotopes...25 Notes de cours Exercices Activité de numératie Journal de bord de l unité Questions d auto-évaluation de l unité Guide pour l étude du test de l unité Réponses aux questions d auto-évaluation de l unité

3 Description de l unité 3: Module 1 : Les atomes et les éléments Dans cette unité, les élèves verront la théorie atomique et son évolution de Dalton à Rutherford et Bohr. Ils étudieront la structure de l atome. De plus, les élèves seront menés, par l entremise d activités variées, à découvrir comment et pourquoi les scientifiques ont classé les éléments dans le tableau périodique. Ils identifieront le groupe et la période auxquels appartient un élément donné. Liste des résultats d apprentissage spécifiques (RAS) de l unité 3 STSE S2.8 identifier des changements importants dans les vues scientifiques du monde; S3.14 donner des exemples de technologies qui ont amélioré, favorisé ou rendu possible les recherches scientifiques; S3.15 utiliser le concept de système comme un outil pour permettre l interprétation de la structure et de l interaction des systèmes naturel; Habiletés H1.30 formuler des définitions opérationnelles de termes importants; Connaissances P1.14 utiliser des modèles pour décrire la structure et les composantes des atomes et des molécules; P1.15 donner des exemples montrant le regroupement des éléments dans le tableau périodique; P1.16 donner des exemples d éléments communs et comparer leurs caractéristiques et leur structure atomique. 2

4 Mur de mots (Unité 3) Voici la liste des concepts importants à l étude dans cette unité. Cette liste de concepts est affichée sur un mur de la salle de classe. Tableau périodique Groupe Période Métaux Non-métaux Théorie atomique Atome Proton Neutron Électron Noyau de l atome Numéro atomique Nombre de masse Isotope 3

5 4

6 Section 3.1 : Le tableau périodique des éléments Notes de cours 3.1 (Tu peux consulter les pages 203 et 215 à 221 du livre Omnisciences 9 pour avoir de l information supplémentaire.) Le tableau périodique est un tableau dans lequel tous les éléments de l Univers sont organisés en rangées et en colonnes selon leur numéro atomique. Les rangées sont appelées périodes. - la première rangée commence avec l hydrogène (H); - le seconde rangée commence avec le lithium (Li); - la troisième rangée commence avec le sodium (Na); - et ainsi de suite. Les colonnes sont appelées groupes. groupe groupe période période 5

7 Les divisions du tableau périodique des éléments : Les éléments du tableau périodique sont divisés en trois grandes catégories : Métaux: conducteurs, brillants, malléables (à gauche de l escalier). Non-métaux: mauvais conducteurs, peu brillants, cassants (à droite de l escalier). Métalloïdes: bon ou mauvais conducteurs, brillants ou ternes, cassants (sur l escalier). 6

8 Le tableau périodique est aussi divisé en famille. Les familles représentent généralement une colonne du tableau. En 9 e année, on apprend 4 familles du tableau : Les métaux alcalins : Les éléments métalliques du groupe 1. Tous ces métaux sont extrêmement réactifs, mous et de faible masse volumique. Note : L hydrogène ne fait pas partie de cette famille. Les métaux alcalinoterreux : Les éléments métalliques du groupe 2. Tous ces métaux sont réactifs, mous et de faible masse volumique. Les halogènes : Les éléments du groupe 17. Tous ces gaz sont extrêmement réactifs puisqu ils ont 7 électrons de valence. Note : Électrons de valence: Les électrons qui se retrouvent dans la dernière couche. Les gaz rares : Les éléments du groupe 18. Les gaz du groupe 18 sont dits inertes; ils ne provoquent presque jamais des réactions avec d autres éléments ou composés. La raison pour cela est que la dernière couche ou orbitale est complète. métaux alcalins 3 Li 11 Na 19 K 37 Rb 55 Cs 87 Fr métaux alcalinoterreux 4 Be 12 Mg 20 Ca 38 Sr 56 Ba 88 Ra halogènes 9 F 17 Cl 35 Br 53 I 85 At gaz rares 2 He 10 Ne 18 Ar 36 Kr 54 Xe 86 Rn 7

9 Exercices 3.1 Question 1. Comment sont appelées les rangées et les colonnes dans le tableau périodique? Question 2. Où sont situés les métaux sur le tableau périodique? Question 3. Où sont situés les non-métaux sur le tableau périodique? Question 4. Où sont situés les métalloïdes sur le tableau périodique? Question 5. Indique si les éléments suivants sont des métaux, des non-métaux ou des métalloïdes. a) Fer b) Oxygène c) Sodium d) Silicium Question 6. Nomme 3 différences entre les propriétés des métaux et des non-métaux. Question 7. Nomme 4 familles du tableau périodique et indique quelques propriétés des éléments de ces familles. 8

10 Section 3.2 : La théorie atomique Module 1 : Les atomes et les éléments Notes de cours 3.2 (Tu peux consulter le chapitre 7 du livre Omnisciences 9 pour avoir de l information supplémentaire.) La théorie atomique est une théorie sur la nature de la matière selon laquelle toute la matière est composée de très petites particules appelées atomes. Dans l antiquité, on croyait que toute la matière était composée de 4 éléments: feu, air, eau et terre. En 1808, JOHN DALTON proposa que les éléments se forment de petites particules nommées ATOME. -Les atomes d un élément sont différents de ceux de tout autre élément. -Tout atome d un élément est identique aux autres atomes de ce même élément. -Les atomes d un élément peuvent se combiner avec d autres éléments pour former des COMPOSÉS. - Les atomes ne peuvent pas être créés, divisés ou détruits. En 1897, JOHN THOMSON présenta le modèle atomique «pain au raisins». Selon lui, la majeure partie d un atome consiste en une grande charge positive, (le pain) dans laquelle sont enfouies plusieurs petites charges négatives, (les raisins). Thomson est le scientifique qui a découvert l électron. 9

11 En 1911, ERNEST RUTHERFORD proposa le modèle atomique nucléaire. -Un atome contient un noyau chargé positivement. -Ce noyau contient des protons et représente toute la masse de l atome. -L atome contient des électrons chargés négativement situés autour du noyau. -Rutherford est le scientifique qui a découvert le noyau de l atome. NEILS BOHR proposa en 1913 que les électrons circulaient autour du noyau sur des orbites circulaires. -Niveau d énergie discret sur lesquels les électrons existent. -Les électrons peuvent se déplacer entre les niveaux, mais ne peuvent pas être entre deux niveaux. -Énergie quantique Le modèle de Bohr de l atome 10

12 Exercices 3.2 Question 1. Résume les points importants de la théorie atomique de Dalton. Quel point n est plus accepté aujourd hui? Question 2. Explique les contributions des scientifiques suivants à la théorie atomique. Utilise un schéma pour représenter leur contribution. a. Thomson b. Rutherford c. Bohr 11

13 Activité de littératie 3.2 : Les 4 éléments de l antiquité Explique dans tes mots avec le plus de détails possible le diagramme suivant. Tu dois écrire un texte qui inclut une courte introduction, un développement et une conclusion. Tu dois écrire des phrases complètes. Tu dois écrire la version propre sur les lignes ci-dessous. 12

14 13

15 Projet 3 : Ligne de temps : La théorie atomique (Affiche) Résultats d apprentissage spécifiques S2.8 identifier des changements importants dans les vues scientifiques du monde S3.14 donner des exemples de technologies qui ont amélioré, favorisé ou rendu possible les recherches scientifiques S3.15 utiliser le concept de système comme un outil pour permettre l interprétation de la structure et de l interaction des systèmes naturels H1.30 formuler des définitions opérationnelles de termes importants P1.14 utiliser des modèles pour décrire la structure et les composantes des atomes et des molécules. Description du projet Tu dois produire une ligne de temps qui montre ou présente les scientifiques et leurs contributions à la théorie atomique. Tu dois inclure la date et expliquer avec un court texte et illustrer à l aide d un dessin les contributions des scientifiques dans le développement de la théorie atomique. Tu dois tracer la ligne du temps selon le modèle présenté sur la page suivante. Tu dois produire ta ligne de temps sur une feuille de papier Ce projet peut aussi être réalisé avec un logiciel de traitement de texte ou de production de multimédia. Voici la liste des scientifiques que tu dois inclure sur la ligne de temps. Democrite (ou Democritus en anglais) Dalton Thomson Rutherford Bohr Plus spécifiquement, voici l information que tu dois inclure sur la ligne de temps : Nom du scientifique Année de la découverte Description de la façon dont la découverte a été faite. Explication de l importance de la découverte à la théorie atomique. Explication de la technologie utilisée dans leur découverte (si disponible). Dessin qui explique leur découverte. Tu peux ajouter la contribution de d autres scientifiques sur ta ligne de temps si tu veux. Note importante : Tu dois consulter la grille d évaluation de ce projet pour t assurer que ton projet soit complet. 14

16 Borh - Date - Texte - Schéma Autre - Date - Texte - Schéma a Rutherford - Date - Texte - Schéma Thomson - Date - Texte - Schéma Démocrite - Date - Texte - Schéma Dalton - Date - Texte - Schéma 15

17 Grille d évaluation du projet 3 Module 1 : Les atomes et les éléments Excellent Très bien Bien Faible (4) (3) (2) (1) L élève a identifié le nom du scientifique et l année de la découverte. L élève a décrit la façon dont la découverte a été faite. L élève a expliqué l importance de chacune des découvertes à la théorie atomique. L élève a expliqué les technologies utilisées dans les découvertes lorsque disponible. Les dessins expliquent la découverte des scientifiques Qualité de l information Qualité de la présentation graphique et de l organisation Qualité du français Total : /32 16

18 Section 3.3 : L atome (La structure de l atome) Notes de cours 3.3 (Tu peux consulter le chapitre 7 du livre Omnisciences 9 pour avoir de l information supplémentaire.) Atome : Un atome est la plus petite particule d un élément qui conserve l identité et les propriétés de cet élément. Chaque élément est fait d un seul type d atome (l élément carbone est seulement fait d atomes de carbone). Le centre de l atome est appelé le noyau. Le noyau contient deux types de particules : les protons et les neutrons. Les protons ont une charge positive (+). Les neutrons n ont pas de charge. Ils sont neutres. Les électrons sont toujours en mouvement autour du noyau. Les électrons ont une charge négative (-). Les électrons sont beaucoup plus petits que les protons. Le nombre de protons dans un atome neutre égale le nombre d électron de l atome. # protons = # électrons Les atomes diffèrent les uns des autres par leur nombre de protons et leur nombre de neutrons. Tous les atomes d un même élément ont le même nombre de protons, par exemple : Carbone : 6 protons Oxygène : 8 protons Fer : 26 protons 17

19 Particule Charge Symbole Masse (en g) électron 1- e x10-28 proton 1+ p x10-24 neutron 0 n x

20 Exercices 3.3 Question 1. Qu est-ce qu un atome? Question 2. Dessine la structure de l atome. Identifie les parties suivantes sur ton atome (électron, proton, neutron et noyau). Question 3. De quelles particules est composé le noyau d un atome? Question 4. Que font toujours les électrons autour du noyau? Question 5. Quelle est la charge électrique et le symbole des particules suivantes? Proton : Électron : Neutron : Question 6. Quelle particule dans le noyau a la masse la plus élevée et la masse la moins élevée? Question 7. Si on connait le nombre de protons dans un atome, comment peut-on trouver le nombre d électrons? Question 8. Est-ce que tous les atomes d un même élément ont le même nombre de protons? Explique en donnant des exemples. 19

21 20

22 Section 3.4 L atome (Numéro atomique et nombre de masse) Notes de cours 3.4 (Tu peux consulter les pages 246 et 247 du livre Omnisciences 9 pour avoir de l information supplémentaire.) Dans le tableau périodique on retrouve l information suivante : - Numéro atomique - Nombre de masse - Symbole chimique - Nom de l élément Le numéro atomique est le nombre de protons que l élément contient. Le tableau périodique fait la liste des éléments en ordre de leur numéro atomique. Le nombre de masse est la masse d un atome de cet élément. Le nombre de masse te donne aussi le nombre moyen de neutrons que le noyau contient : Représentation générale d un élément : A z X Voici ce que chaque lettre signifie : A = nombre de masse Z = numéro atomique X = symbole chimique du tableau périodique # neutrons = Nombre de masse - Numéro atomique ou # neutrons + # protons = nombre de masse Exemple : Voici la représentation suivante : Combien y a-t-il de neutrons? O 16 8 Solution : Le nombre de masse (A) = 16 (p + + n 0 ) Le numéro atomique (Z) = 8 (p + ) Le symbole chimique (X) = O pour oxygène - Le nombre de neutrons est : 16 8 = 8 neutrons 21

23 Exemple d exercice. Notation chimique Élément # protons # neutrons 11 5 B (a) (b) (c) Pb (d) (e) (f) (i) Tungtène (h) (n) (o) 26 (p) 22

24 Solution Notation chimique Élément # protons # neutrons 11 5 B (a) Bore (b) 5 (c) Pb (d) Plomb (e) 82 (f) 124 (i) W Tungtène (h) (n) (o) Fer 26 (p) 30 23

25 Exercices 3.4 Question 1. Que représente le numéro atomique d un élément? Question 2. Comment est organisé le tableau périodique? Question 4. Qu est-ce que le nombre de masse? Question 5. Comment peut-on calculer le nombre de masse d un atome si on connait le nombre de neutron et le nombre de proton que contient l atome? Question 6. Comment peut-on calculer le nombre neutron d un atome si on connait le nombre de masse et le nombre de proton que contient l atome? Question 7. Que représente le A, le Z et le X dans le symbole suivant? X A z A : Z : X : Question 8. Remplis le tableau ci-dessous. Élément Fluor Nombre de masse Numéro atomique Nombre de protons Nombre d électrons Nombre de neutrons Hydrogène 9 Néon 24

26 Section 3.5 : Les isotopes Module 1 : Les atomes et les éléments Notes de cours 3.5 (Tu peux consulter les pages 248 et 249 du livre Omnisciences 9 pour avoir de l information supplémentaire.) Tous les atomes d un élément ont le même nombre de protons, cependant le nombre de neutrons peut changer. Les isotopes d un élément ont le même nombre de protons, mais un nombre différent de neutrons. Par exemple, le carbone 12 a 6 protons et six neutrons. Le carbone 14 a 6 protons et 8 neutrons. Voici les schémas des noyaux de trois isotopes du carbone (Les cercles représentent les protons et les points noirs représentent les neutrons) : L hydrogène a aussi 3 isotopes. Ceux-ci ont des noms particuliers. Tout d abord il y a l hydrogène, ensuite le deutérium et enfin le tritium. L hydrogène a un proton et aucun neutron. Le deutérium a un proton et un neutron. Le tritium a un proton et deux neutrons. Voici les schémas des noyaux de trois isotopes de l hydrogène:. Le nombre de masse est la moyenne des isotopes. Ce n est pas toujours un nombre entier. Les isotopes sont utiles pour déterminer l âge de fossiles, la diète des animaux et l origine de composés chimiques. Certains isotopes sont instables. Ce processus est appelé radioactivité. 25

27 Exercices 3.5 Question 1. Donne la définition d isotope. Question 2. Qu est-ce que les isotopes d un même élément ont en commun? Question 3. Donne la définition de radio-isotope. Question 4. Dessine le schéma du noyau des isotopes suivants. a) b) Question 5. Il existe deux principaux isotopes du chlore, le et le. a) Combien il y a-t-il de protons et de neutrons dans le? b) Combien il y a-t-il de protons et de neutrons dans le? 26

28 Activité de numératie 3.5 : La masse atomique des isotopes L élément lithium se retrouve sous deux formes : une légère (avec 3 protons et 3 neutrons) et une lourde (avec 3 protons et 4 neutrons). La lettre «u» est l unité de masse atomique. Dans le tableau périodique, la masse atomique du lithium est de 6,941 u. Ce n est pas 6,0, comme ce serait le cas si tous les atomes de lithium étaient du lithium «léger», ou lithium 6. Ce n est pas non plus 7,0 u, comme ce serait le cas si tous les atomes étaient du lithium «lourd», ou lithium 7. La masse atomique du lithium qui apparaît dans le tableau périodique est calculée en tenant compte de ce qu on appelle une «moyenne pondérée». Cette moyenne pondérée tient compte du pourcentage de chaque isotope dans un échantillon naturel de l élément. Cette moyenne est plus près de 7 u que de 6 u, ce qui reflète le fait que dans la nature il y a un pourcentage très élevé de l isotope lithium 7 et un pourcentage beaucoup plus faible de l isotope lithium 6. Description de l activité de numératie : Tout d abord, tu dois compléter le tableau suivant et ensuite répondre aux questions 1 à 3. Lithium 7 Lithium 6 La masse atomique d un atome de l isotope est Le pourcentage des atomes ayant cette masse atomique dans un échantillon naturel est 7,0 u 6,0 u 92,4% 7,6% Un échantillon contenant 1000 atomes de Li naturel aurait La masse totale de chaque isotope dans cet échantillon serait atomes ayant une masse de 7,0 u atomes ayant une masse de 6,0 u 1. Quelle est la masse totale des 1000 atomes de l échantillon (à la dizaine d unités de masse atome près) 2. Quelle est la masse moyenne des atomes dans l échantillon? 27

29 Journal de bord de l unité 3. Module 1 : Les atomes et les éléments Section 1 : Explique dans tes mots et à l aide d exemples de la vie de tous les jours et de diagrammes 3 concepts ou notions que tu as appris dans l unité 3. 28

30 Faire la section 2 ou la section 3. Module 1 : Les atomes et les éléments Section 2 : Nomme 1 ou 2 concepts ou notions que tu as eu de la difficulté à comprendre dans cette unité. Explique le mieux possible pourquoi tu as eu de la difficulté à comprendre ces concepts ou notion. Section 3. Écris deux questions que tu as à propos des concepts ou notions que tu as appris dans cette unité. Explique le mieux possible pourquoi tu as des questions supplémentaires à propos de ces concepts ou notions. 29

31 Grille d évaluation du journal de bord de l unité 3. Niveau de rendement en fonction des RAS Connaissance et compréhension Application des habiletés (voir note) Communication Ne réussit pas à montrer l atteinte des résultats d apprentissage visés. Fait preuve d une connaissance et d une compréhension limitée du contenu et des concepts. Applique de façon limitée les habiletés visées. A des difficultés à communiquer son raisonnement et ses procédures. Réussit à montrer partiellement l atteinte des résultats d apprentissage visés. Fait preuve d une connaissance et d une compréhension partielle du contenu et des concepts. Applique partiellement les habiletés visées. Communique son raisonnement et ses procédures avec une certaine clarté mais de façon incomplète. Réussit à montrer l atteinte des résultats d apprentissage visés. Fait preuve d une connaissance et d une compréhension du contenu et des concepts. Applique de façon appropriée les habiletés développées. Communique son raisonnement et ses procédures de façon claire et complète. Les erreurs ou omissions n entravent pas la communication. Réussit à montrer une connaissance approfondie des résultats d apprentissage visés en faisant des transferts dans une variété de contexte. Fait preuve d une connaissance et d une compréhension approfondies du contenu et des concepts. Applique avec beaucoup d efficacité les habiletés développées. Communique son raisonnement et ses procédures avec précision et justesse. Les habiletés à appliquer dans le journal de bord sont : réfléchir sur ses nouveaux acquis; connaître ses forces, ses faiblesses, ses intérêts et ses besoins faire des liens avec ses acquis antérieurs; clarifier ses pensées; évaluer son développement cognitif et affectif; formuler, organiser et assimiler des concepts et des notions scientifiques. Note finale : 30

32 Questions d auto-évaluation de l unité 3 Module 1 : Les atomes et les éléments Le but de cette auto-évaluation est de vérifier ta compréhension des concepts étudiés dans cette unité. Il est donc préférable de faire cette auto-évaluation sans l aide de tes notes de cours. Question 1. Quel énoncé est faux? a) Le tableau périodique est organisé selon le nombre de masse des éléments. b) Les colonnes du tableau périodique sont appelées groupes. c) Les rangées du tableau périodique sont appelées périodes. d) Le tableau périodique contient tous les éléments de l Univers. Question 2. Quel énoncé est faux? a) Les métaux sont situés à la gauche de l escalier dans le tableau périodique. b) Les métalloïdes sont situés à droite de l escalier dans le tableau périodique. c) Les non-métaux sont généralement mauvais conducteur de chaleur et d électricité. d) Les métaux sont généralement bon conducteur de chaleur et d électricité. Question 3. Quel énoncé est faux? a) Les métaux alcalins sont situés sur la première colonne du tableau périodique. b) Les non-métaux alcalins sont situés sur la deuxième colonne du tableau périodique c) Les halogènes sont situés sur l avant-dernière colonne du tableau périodique. d) Les gaz rares sont situés sur la dernière colonne du tableau périodique. Question 4. Quel énoncé est faux? a) Dalton a proposé que les atomes ne peuvent pas être créés, divisés ou détruits. b) Thomson a découvert que les atomes étaient composés d électrons. c) Rutherford a découvert que les atomes étaient composés de protons. d) Bohr a proposé que les électrons circulaient sur des orbites autour du noyau de l atome. Question 5. Quel énoncé est faux? a) Les électrons circulent autour du noyau de l atome. b) Les protons et les neutrons sont situés dans le noyau de l atome. c) Tous les atomes de même élément ont le même nombre de protons dans leur noyau. d) Les protons et les électrons ont environ la même masse. 31

33 Question 6. Quel énoncé est faux? Module 1 : Les atomes et les éléments a) Le numéro atomique correspond au nombre de protons d un atome. b) Le nombre de masse correspond à la somme du nombre de proton et du nombre de neutron d un atome. c) Le nombre de protons et le nombre d électrons sont égaux. d) Le numéro atomique et le nombre de masse sont toujours égaux. Question 7. Quel énoncé est faux? a) Dans le symbole, A représente le numéro atomique de l élément. b) Dans le symbole, Z représente le nombre de protons de l élément. c) Dans le symbole, X représente le symbole de l élément. d) Dans le symbole, Z est toujours égale ou plus petit que A. Question 8. Quel énoncé est vrai? a) Le contient 5 protons et 11 électrons. b) Le contient 1 proton et 1 neutron. c) Le contient 6 protons et 8 neutrons. b) Le contient 4 protons et 5 électrons. Question 9. Quel énoncé est faux? a) Un élément a toujours le même nombre de protons. b) Un élément a toujours le même nombre de neutrons. c) Les isotopes peuvent aider les scientifiques à trouver l âge des fossiles. d) Un isotope instable est radioactif. Question 10. Quel énoncé est faux? a) et sont des isotopes du même élément. b) et contiennent le même nombre de protons. c) et contiennent le même nombre de neutrons. d) et contiennent le même nombre d électrons. 32

34 Guide pour l étude du test de l unité 3 Date : Module 1 : Les atomes et les éléments Contenu du test: (les numéros de page où l élève peut trouver l information sont indiqués) Tableau périodique (p. 5) Les divisions du tableau périodique des éléments (p. 6) Les 4 familles du tableau périodique (p. 7) La théorie atomique (p. 9 et 10) La structure de l atome (p. 17 et 18) Numéro atomique et nombre de masse (p. 21) Isotope (p. 25) Note importante : Les questions sur le test de l unité 3 porte sur tout le contenu de ce cahier de l élève et seulement sur le contenu de ce cahier. 33

35 Réponses de l auto-évaluation Question 1: a Question 2 : b Question 3 : b Question 4 : c Question 5 : d Question 6 : d Question 7 : a Question 8 : c Question 9 : b Question 10 : c Module 1 : Les atomes et les éléments 34

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